化工生产过程HAZOP安全评价技术

化工生产过程涉及大量易燃、易爆、有毒、有害物质,一旦物质或能量的正常运行状态遭到破坏,便会发生火灾、爆炸或泄漏导致灾难性后果.为防止化工生产过程危险事故的发生和蔓延,实现事故早期预防,需要对化工生产过程进行安全评价.危险与可操作性分析(Hazard and Operability,HAZOP)是1套应用较广的评价方法,但是人工评价存在费时、费力、成本高等缺点.本文介绍了计算机辅助安全评价技术的发展和人工HAZOP安全评价技术,重点讨论了一种基于SDG(Signed Directed Graph)的计算机辅助危险与可操作性分析安全评价技术.这种安全评价技术基于SDG定性模型过程模型,通用性强,且又能分析各种具体工艺的特定信息,与人工专家评价相比,该评价技术具有完备性好、省时、省力、成本低、评价结果系统性和条理性强等众多优点.     

基于符号定向图的计算机辅助自动建模研究

分析了符号定向图(Signed Directed Graph，SDG)技术在危险与可操作性分析(HAZard and OPembility，HAZOP)、过程危险性分析(Process Hazard Analysis，PHA)等领域中的应用现状和前景，提出了研究基于SDG的HAZOP计算机辅助自动建模方法，构建了基于SDG的HAZOP计算机辅助自动建模软件平台，阐述了研究路线，展示了应用策略。软件平台构建的研究填补了国内在SDG自动建模领域的研究空白，拓展了计算机辅助设计(CAD)技术和符号定向图(SDG)技术在复杂系统重大事故及智能诊断领域的应用。     

一种改进的间歇过程HAZOP分析模型

为了使Petri网与SDG(Signed Directed Graph)结合的建模方法适用于复杂间歇过程,提出一种改进的建模方法.首先将Petri网中的库所、变迁、托肯分类并赋予新的物理意义,使其更好地描述同步、循环特性;另外提出一种基于标准表的Petri网与SDG模型的连接机制;论述了模型的自动推理过程;最后将模型应用于某工业生产过程,得出HAZOP分析结果.改进后的模型能够更好地适用于具有同步、循环特性的复杂间歇生产过程,且模型简洁、有效,克服了原间歇模型仅适用于简单间歇过程的不足.     

计算机辅助危险与可操作性分析技术的发展

危险与可操作性分析是分析系统可靠性的一种有效方法,在流程工业中被广泛应用。该文介绍了HAZOP从提出至现在的发展历程,并根据其发展特点分为三个阶段:人工阶段,逻辑化计算机辅助阶段和智能化计算机辅助阶段。人工阶段费时费力,但它是计算机辅助HAZOP分析的基础;逻辑化计算机辅助阶段的特点是从形式上辅助人工进行HA鄄ZOP分析,可以减轻人工分析的工作量;智能化计算机辅助阶段的特点是可以进行智能化推理,人的精力可以集中在难于实现自动化的方面。特别介绍了智能化阶段基于SDG的HAZOP分析,由于其省时、省力、完备性好、推理深度高等众多优点而成为计算机辅助HAZOP分析的一个重要分支。     

SDG技术在工业生产安全评价系统中的应用

符号有向图SDG模型的安全评价方法因其具有完备性好、推理深度高等优点在过程工业安全工程中具有十分重要的意义,本文深入研究基于SDG深层知识模型的安全评价方法,并结合工业现场实际工况中的应用,对SDG模型的建立和基于SDG模型的安全评价方法分别进行了阐述,证明该方法在生产过程的安全评价工作中有较强的应用价值。     

SDG故障诊断中的分层建模递阶推理方法

针对采用符号有向图(signed directed graph,SDG)对石化工业系统进行故障诊断时,经常存在SDG建模和推理过程十分繁琐、困难的问题,提出了一种基于控制回路分解系统的SDG分层建模及递阶推理方法.在建立SDG模型时将整个系统分解为含有系统层、子系统层和回路层的多层次模型架构,进而利用递阶推理在分层SDG模型中搜索相容通路来实现故障诊断.该方法能清晰表述工业系统的SDG模型,减少了建模和推理的复杂度.以Tennessee Eastman仿真系统为例进行了验证,证明了方法的有效性.     

基于动态过程模拟的定量化HAZOP分析方法

HAZOP分析是一种广泛使用的过程安全评价方法,但缺乏定量化的评价依据。为了有效地辨识过程工业中潜在危险,在传统HAZOP方法基础上,提出了基于动态过程模拟的定量化HAZOP分析方法。首先进行HAZOP分析,辨识偏差原因和后果,然后建立动态过程模拟模型,通过预制故障模拟不同程度偏差原因对偏差后果的动态影响,得到偏差原因与后果之间的量化关系,并且通过模拟获得偏差原因的安全操作极限数据,分析现有安全保护措施的有效性,最后对偏差的调节措施进行模拟优化分析。为了验证所提出方法的有效性,以某气体分馏装置脱丙烷单元作为应用实例,采用Unisim软件建立动态过程模拟模型,对HAZOP偏差—“脱丙烷塔顶压力过高”的危险场景进行了模拟。研究结果表明,所提出的方法是对传统HAZOP分析的补充和扩展,实现了HAZOP偏差的定量化,从而提高了HAZOP分析的准确性和可靠性,对过程安全管理具有重要指导意义。     

SDG建模及其应用的进展

符号有向图SDG(signed directed graph)是描述大规模复杂系统的一种有效方式,通过节点和有向支路表示了系统变量或局部之间的因果影响关系.近年来,关于SDG的研究已经成为热点并已取得许多成果,特别是在安全分析领域得到了重要的应用.本文在概述了SDG方法的产生背景与发展近况的基础上,主要综述了SDG研究中的若干重要问题,包括SDG模型的数学描述和基于数学模型、流程图和经验知识的三种建模方法,以及SDG在安全评价和故障诊断领域研究和应用的相关成果,总结了相关方法的优缺点,其中的核心问题是推理方法及其效率.最后对SDG技术的发展方向做出了展望,定量信息引入、推理方法、计算机建模等方面都有待于进一步研究.     

基于过程模拟的HAZOP量化分析

提出了一种面向过程工业的基于Aspen Plus过程模拟与Excel软件相结合的HAZOP量化分析方法,该方法首先对给定的具体过程工艺进行传统的HAZOP定性分析,其次基于Aspen Plus建立该过程工艺的模拟流程,并确定与HAZOP引导词相关的关键操作参数,对这些参数进行模拟分析,获得其不同程度的偏差对系统造成的影响,从而实现HAZOP工艺参数的偏差及事故危险等级的量化;分析过程中利用ASW(Aspen Simulation Workbook)记录有效偏差对系统的影响,结合预先开发好的Excel分析模板,最终形成HAZOP定量分析报告,文中利用某厂氯乙烯合成的工业实例对本方法进行了阐述。     

基于多块KPCA和SDG 的故障诊断方法

针对大规模复杂工业过程,提出一种基于多块核主元分析(MBKPCA)和符号有向图(SDG)的故障诊断方法。首先,提出基于SDG和优先级的分块策略,以强连接元SCC为最高优先级、多入/出度节点群为次高优先级、节点链为最低优先级对过程进行分块;在此基础上,采用MBKPCA进行过程监控,对于检测到的故障,先确定故障发生在哪一个数据块,再触发SDG在故障块内完成故障定位。所提出方法克服了多块KPCA故障隔离不完全和SDG推理过程中组合爆炸的缺点,可以提高复杂工业过程故障诊断的准确度和速度。基于Tennessee Eastman过程的仿真研究表明了所提出故障诊断方法的有效性。     

State-based modelling in hazard identification

The signed directed graph (SDG) is the most commonly used type of model for automated hazard identification in chemical plants. Although SDG models are efficient in simulating the plant, they have some weaknesses, which are discussed here in relation to typical process industry examples. Ways to tackle these problems are suggested, and the view is taken that a state-based formalism is needed, to take account of the discrete components in the system, their connection together, and their behaviour over time. A strong representation for operations and actions is also needed, to make the models appropriate for modelling batch processes. A research prototype for HAZOP studies on batch plants (CHECKOP) is also presented, as an illustration of the suggested approach to modelling.     

乙烯/乙烷精馏-膜耦合分离系统的HAZOP量化分析

危险与可操作性(HAZOP)分析技术自问世以来,作为定性的风险分析方法广泛应用于各个领域,许多发达国家已经立法强制其在工程建设项目中推广应用。近年来,随着该技术的完善,其量化分析已成为一种趋势。精馏-膜耦合分离作为一种新开发的高效节能分离方法,主要用于分离普通精馏难以分离的重要体系,例如共沸体系、存在浓度夹点的体系、挥发度相近的体系,然而至今没有文献对其危险与可操作性进行分析。针对乙烯/乙烷精馏-膜耦合分离系统,结合课题组基于UniSim Design软件开发的Membrane Extension模块建立耦合系统模拟模型,将HAZOP分析方法与过程模拟相结合对精馏-膜耦合系统进行HAZOP量化分析。选定精馏塔工艺参数进料温度、进料流量、侧线采出量为考察对象,分析不同程度的偏差对系统的影响。基于模拟结果,首先依据耦合系统中各个设备的安全操作范围,对HAZOP分析偏差进行量化分级,得出了参数的安全阈值和偏差等级。其次对该系统进行HAZOP分析结果的量化,依据偏差等级分析不同程度偏差产生的原因、可能导致的后果以及后果的严重程度,并根据事故发生的可能性和严重程度,得到事故的风险等级,最后通过HAZOP分析偏差和分析结果的量化得出乙烯/乙烷精馏-膜耦合分离系统的HAZOP量化分析报告。     

基于趋势分析和SDG模型的故障诊断

基于趋势分析的故障诊断受数据影响较大,基于定向符号图(signed d irected graph)模型的故障诊断难于建模和推理,而两者结合以提高故障诊断效果的方法还未被考虑.本文将趋势分析的趋势信息和SDG模型的节点信息进行了比较,阐明了两者信息互补的特点,然后利用趋势分析建立SDG模型,并利用SDG模型改进基于趋势分析的故障诊断,建立了数据驱动方法和基于模型方法相结合的故障诊断方法.CSTR(continuous stirred-tankreactor)实例分析表明,基于趋势分析和SDG模型的故障诊断方法提高了诊断的准确性和精确性.     

Prediction-based diagnosis and loss prevention using qualitative multi-scale models

A prototype prediction based intelligent diagnostic system that is capable of integrating qualitative and quantitative process models and operational experience in the form of HAZOP result tables is proposed in this paper.The diagnostic system utilizes Gensym’s real time G2 expert system software. Its diagnostic “cause-effect” rules and possible actions (suggestions) are extracted from the results of standard HAZOP analysis. The knowledge base of the system is organized in a hierarchical way following the hierarchy levels of a multi-scale model of the process system. This supports focusing used by fault detection and loss prevention and thus decomposes the otherwise computationally hard problem. Prediction by simplified dynamic models are used to reduce ambiguity in case of multiple possible causes and/or multiple possible mitigating actions.The system is illustrated on the example of a commercial fertilizer granulator circuit using a simulation test bed.     

基于SDG模型的故障诊断专家系统

针对现代流程工业的特点,利用符号有向图模型（SDG）对化工生产工艺流程进行建模,运用SDG的推理能力,将其因果图转化为产生式规则,获得对整个生产流程的规则描述。根据SDG模型推理结果的特点提出一种可行的故障诊断专家系统设计方案,将得到的规则存入专家系统知识库,进行基于征兆的前向推理故障诊断。应用结果表明该种方法的有效性与可行性。     

控制系统的SDG模型描述及故障传播分析

讨论了控制系统的符号有向图(SDG)模型描述和故障在控制系统中的传播方式及分析方法.该方法按控制回路信息流向的正反推理,分析初始和稳态响应的故障传递规律,通过基本单元的组合可以扩展到各类控制系统的SDG描述和故障传播分析.以锅炉水位控制系统为例,验证了该方法的有效性.     

过程控制系统的HAZOP分析

在过程控制系统中,为了系统地识别运行过程中潜在的安全问题,提出一种危险与运行(HAZOP)分析技术。该技术从化工行业安全分析中发展而来,能够应用于过程控制系统。研究HAZOP分析的基本过程,论述过程控制系统进行HAZOP分析时,设备条目的选取方式、参数和引导词的选取原则,并针对计算机控制化学反应过程系统进行实例分析。